[發明專利]酞菁敏化釩酸鉍納米粉體的超聲化學原位制備方法

無效

• 申請號: 201010122210.X
• 申請日: 2010-02-12
• 公開（公告）號: CN101786023A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 陳海鋒;唐培松;潘國祥;曹楓
• 申請（專利權）人: 湖州師范學院
• 主分類號: B01J31/36
• 分類號: B01J31/36;B01J37/34
• 代理公司: 湖州金衛知識產權代理事務所(普通合伙) 33232
• 代理人: 趙衛康

技術領域

本發明屬于光催化劑技術領域，具體涉及一種酞菁敏化釩酸鉍納米粉體的超聲化學原位制備方法。

背景技術

當前酞菁敏化納米粉體的制備主要采用的是直接復合方法，即將酞菁與已經制備的納米粉體通過化學反應法、物理共混法、真空升華沉積法和浸漬吸附法等使其直接產生物理或者化學結合。上述方法制得的酞菁敏化納米粉體體系均勻性較差，摻雜濃度和微觀結構均難以準確調控，工業化應用前景堪憂。

2005年10月12日申請號為200510049270.2的發明創造公開了一種酞菁敏化二氧化鈦納米粉體的超聲在位制備方法。它是利用超聲條件下制備納米粉體的技術，同步加入作為以敏化劑的酞菁分子，使其參與納米二氧化鈦粒子形成過程并與其復合，進而得到分散均勻、性能穩定并且具有高可見光催化活性和寬頻譜響應的酞菁敏化二氧化鈦納米粉體。其步驟分為納米粉體先驅液的制備和超聲條件下納米粉體的制備兩步。該發明的催化劑主體納米二氧化鈦不具備可見光催化活性，對于可見光的利用完全取決于酞菁，只是拓展了光譜的響應范圍，未能充分利用可見光資源。同時該反應得到的納米二氧化鈦晶型不夠完整，其催化性能也有待于進一步提高。

目前發現的釩酸鉍(BiVO₄)晶體結構有3種，分別是單斜白鎢礦、四方鋯石和四方白鎢礦，其中單斜相的可見光活性最高，其在450nm處的量子效率可以達到9％，這使得釩酸鉍在可見光催化領域的研究越來越受到重視。但是，由于光生載流子容易在釩酸鉍上復合，使得光催化劑釩酸鉍的可見光活性總體而言不甚理想。目前釩酸鉍的制備方法主要有水溶液沉淀法和煅燒法。沉淀法是將含Bi(III)鹽和V(V)鹽的高純溶液混合進行反應，需要時還可加入其它試劑，在嚴格控制濃度、溫度和pH值等條件下，產生沉淀物，對沉淀物進行處理后得到產物。煅燒法是將含鉍和釩的化合物混合，并加入少量無機物作為促進劑；也可用水溶液沉淀法制得的凝膠沉淀經干燥后，代替這種混合物。然后，將這種干物料在氧化氣氛中，用600℃或更高的溫度煅燒。上述兩種方法制備的釩酸鉍均無法提供均勻性好的釩酸鉍納米粉體，制得的釩酸鉍對反應物的吸附較弱，其光催化性能不甚理想，對于其進一步的敏化改性利用效果欠佳。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種酞菁敏化釩酸鉍光催化劑的超聲化學原位制備方法，該方法制得的釩酸鉍光催化劑均勻性好，具有較高的光催化活性。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種酞菁敏化釩酸鉍光催化劑的超聲化學原位制備方法，具體步驟為：

(1)納米粉體反應液的準備

將反應物A溶解于2～5mol/L的酸性稀釋劑中制得0.1～0.3mol/L的反應液A，所述反應物A選自含鉍離子的可溶性無機鹽、鉍堿、含鉍離子的有機物中的一種或它們的混合物，將反應物B溶解于蒸餾水中制得與反應液A相同濃度的反應液B，所述反應物B選自含釩酸根離子的可溶性無機鹽、含釩酸根離子的有機物中的一種或它們的混合物；

(2)超聲條件下納米粉體的制備

在常溫下將理論釩酸鉍產量的質量分數為0.6～3％酞菁作為敏化劑加入到所述步驟(1)中的反應液A中，采用堿性稀釋劑，調節反應液A的pH值在1～4，調節反應液A的溫度為50～95℃，并保持該溫度2～4h，逐滴加入反應液B，再超聲反應2～4h，制得沉淀，將所得沉淀離心分離、洗滌，在50℃～100℃的溫度下真空干燥6～12h，制得光催化活性的酞菁敏化釩酸鉍納米粉體。

作為改進，所述的酸性稀釋劑為硝酸、鹽酸中的一種或它們的混合物。

作為改進，所述的堿性稀釋劑為氫氧化鈉溶液、氨水、三乙醇胺中的一種或它們的混合物。

作為改進，所述酞菁為磺化金屬酞菁鹽。

作為改進，所述超聲反應的超聲頻率和功率分別是40KHz和150W。

與現有技術相比，本發明的積極效果是：

(1)本發明在納米粉體反應液A中逐滴加入反應液B，通過控制B的含量有效調節反應液中B的含量，保證B物質的濃度在反應液中以一定恒值，進而控制反應進度，尤其是產物釩酸鉍納米晶體的形核速度和長大速度，保證釩酸鉍晶粒的尺寸納米級和晶型的完整性，是本方法制得的釩酸鉍具有較高的光催化活性的一個原因。

(2)制備過程中要求保持溫度50～95℃，并保持該溫度2～4h，再超聲反應2～4h，實驗證明該技術特征能夠促進釩酸鉍納米晶體的成核生長與擴散，在較小的粒徑下使其發育完備，提高晶體的完整度。